Grandes choques entre cuerpos rocosos dieron forma a nuestro Sistema Solar. Las observaciones de un choque similar dan pistas sobre la frecuencia de estos eventos alrededor de otras estrellas.

La mayoría de los planetas y satélites rocosos de nuestro Sistema Solar, incluidos la Tierra y la Luna, se formaron o moldearon por colisiones masivas al principio de la historia del Sistema Solar. Al chocar entre sí, los cuerpos rocosos pueden acumular más material, aumentando de tamaño, o pueden romperse en varios cuerpos más pequeños.

Los astrónomos que utilizan el Telescopio Espacial Spitzer ahora retirado de la NASA han encontrado en el pasado evidencia de este tipo de colisiones alrededor de estrellas jóvenes donde se están formando planetas rocosos. Pero esas observaciones no proporcionaron muchos detalles sobre los choques, como el tamaño de los objetos involucrados.

En un nuevo estudio en el Astrophysical Journal, un grupo de astrónomos dirigido por Kate Su de la Universidad de Arizona informan de las primeras observaciones de una nube de escombros de una de estas colisiones cuando pasó frente a su estrella y bloqueó brevemente la luz. Los astrónomos llaman a esto un tránsito. Junto con el conocimiento sobre el tamaño y el brillo de la estrella, las observaciones permitieron a los investigadores determinar directamente el tamaño de la nube poco después del impacto, estimar el tamaño de los objetos que chocaron y observar la velocidad con la que la nube se dispersó.

“No hay sustituto para ser testigo presencial de un evento”, dijo George Rieke, también de la Universidad de Arizona y coautor del nuevo estudio. “Todos los casos informados anteriormente por Spitzer no han sido resueltos, con solo hipótesis teóricas sobre cómo podría haber sido el evento real y la nube de escombros”.

A partir de 2015, un equipo dirigido por Su comenzó a realizar observaciones rutinarias de una estrella de 10 millones de años llamada HD 166191. Alrededor de este tiempo temprano en la vida de una estrella, el polvo que quedó de su formación se ha agrupado para formar cuerpos rocosos llamados planetesimales: semillas de futuros planetas. Una vez que el gas que previamente llenaba el espacio entre esos objetos se ha dispersado, las colisiones catastróficas entre ellos se vuelven comunes.

Anticipando que podrían ver evidencias de una de estas colisiones alrededor de HD 166191, el equipo usó Spitzer para realizar más de 100 observaciones del sistema entre 2015 y 2019. Si bien los planetesimales son demasiado pequeños y distantes para resolverlos con un telescopio, sus colisiones producen grandes cantidades de polvo que Spitzer detectó con luz infrarroja, o longitudes de onda ligeramente más largas de lo que pueden ver los ojos humanos. El infrarrojo es ideal para detectar polvo, incluidos los desechos creados por las colisiones de protoplanetas.

A mediados de 2018, el telescopio espacial vio que el sistema HD 166191 se volvía significativamente más brillante, lo que sugiere un aumento en la producción de desechos. Durante ese tiempo, Spitzer también detectó una nube de escombros que bloqueaba la estrella. Combinando la observación del tránsito de Spitzer con las observaciones de los telescopios en tierra, el equipo pudo deducir el tamaño y la forma de la nube de escombros.

Su trabajo sugiere que la nube era muy alargada, con un área mínima estimada tres veces mayor que la de la estrella. Sin embargo, la cantidad de brillo infrarrojo que vio Spitzer sugiere que solo una pequeña porción de la nube pasó frente a la estrella y que los escombros de este evento cubrieron un área cientos de veces más grande que la de la estrella.

Para producir una nube tan grande, los objetos en la colisión principal deben haber sido del tamaño de planetas enanos, como Vesta en nuestro Sistema Solar, un objeto de 530 kilómetros de ancho ubicado en el cinturón principal de asteroides entre Marte y Júpiter. El choque inicial generó suficiente energía y calor para vaporizar parte del material. También desencadenó una reacción en cadena de impactos entre fragmentos de la primera colisión y otros cuerpos pequeños en el sistema, lo que probablemente creó una cantidad significativa del polvo que vio Spitzer.

Durante los meses siguientes, la gran nube de polvo creció en tamaño y se volvió más translúcida, lo que indica que el polvo y otros desechos se estaban dispersando rápidamente por todo el joven sistema estelar. Para 2019, la nube que pasó frente a la estrella ya no era visible, pero el sistema contenía el doble de polvo que antes de que Spitzer detectara la nube. Esta información, según los autores del artículo, puede ayudar a los científicos a probar teorías sobre cómo se forman y crecen los planetas terrestres.

"Al observar los discos de escombros polvorientos alrededor de las estrellas jóvenes, esencialmente podemos mirar hacia atrás en el tiempo y ver los procesos que pueden haber dado forma a nuestro propio Sistema Solar", dijo Su. “Al aprender sobre el resultado de las colisiones en estos sistemas, también podemos tener una mejor idea de la frecuencia con la que se forman los planetas rocosos alrededor de otras estrellas".